实验报告
课程名称:电网络分析实验 指导老师: 成绩:__________________
实验名称:功率测量和功率因数提高 实验类型:研究探索型同组学生姓名:______
一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填)
三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填)
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1、 保持日光灯两端电压不变的条件下测定电流I、功率P与电容C的关系;
2、通过实验了解功率因数提高的意义;
3、作出I2、 P、 cosφ和电容C的关系曲线;
4、用P-C曲线求单位电容的等效电导g;
5、求I^2-C曲线的有理经验公式
6、 由测量数据计算灯管以及镇流器的等效参数
二、实验内容和原理
三、主要仪器设备
1.数字万用表
2.电工综合实验台
3.DG10互感线圈实验组件
4.DG11单向变压器实验组件
5.DG09 荧光灯实验套件
四、操作方法和实验步骤
一、接线要求:
第一步:检查灯管;
第二步:连线
第三步:电源从零开始逐渐增加至180V,调起辉器.
二、数据记录要求
1. 在日光灯启动过程中,因为电流冲击,仪表量程要选择足够的余量,记录数据时,应改变合适的量程读取数据。日光灯管是非线性器件,需要点亮数十分钟,在此期间可以观察电流、功率等数据是否有缓慢变化?待数据显示趋于稳定后,再读取记录实验数据。
2. 电容器C并联接入电路,其数值从0开始逐步增加,直到最大值8µF左右,增加的步长应根据功率因数的变化进行调整,最大不应超过1µF,实验过程中可根据电流表的示数变化来判断。在功率因数较高(即电流值 小or大?)的时候,需要多取测量数据点。
3. 实验过程数据检查: 实验最佳补偿电容时的电流和功率值。
三、数据处理要求:
1.拟合I2-C曲线,得到最佳(完全)补偿电容C0
2.拟合P-C曲线,计算单位电容等效电导g
3.由拟合I2-C曲线得到的公式,估算电源三次谐波的含量
4.I2-C有理经验公式的计算,要求列出计算过程
5.设计实验,测量灯管以及镇流器的等效参数。能否利用已经测得的数据来计算?
6.手工拟合曲线: I2-C用有理经验公式的计算,要求列出计算过程
实验名称:耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差
姓名: 学号:
注意
1. 电容C暂时不接入电路,连接线路,点亮日光灯:第一次通电前,要求自耦变压器输出起始为0,接通电源后,调节旋钮增大输出电压,要求用交流电压表监测端电压(灯管+镇流器两端的电压),当电压达到180V左右,起辉器开始动作,日光灯有闪亮。日光灯点亮之后, 调节输出电压到220V,保持不变。此后实验过程中,可直接切断或接通电源,不需要再调节自耦变压器。
2. 线路故障检查: 日光灯管和起辉器接触是否完好
3. 经常性地通断日光灯会影响其寿命
4. 功率表的连接及其误差分析
5. 电容有损耗;接入电容会使电源电压升高
五、实验数据记录和处理
1.日光灯实验数据记录(保持电压为220V)
2.电压三角形法测量镇流器和日光灯管的等效参数
C未接入时,使用交流电压表测得镇流器两端电压为181.2V,日光灯两端电压为96.47V,I=0.379A
3. 验证互感实验用的电感能不能作为日光灯实验备用方案的负载(保持电压为12V)
使用两个50Ω电阻和互感正向串联作负载。
分析见 七 讨论部分
六、实验结果与分析
1.拟合I^2-C曲线,得到最佳(完全)补偿电容C0
使用origin pro9作二次拟合,得曲线如下图
1.由origin pro9分析得知,拟合曲线为
I^2=0.14411-4.60*10^4C+4.92*10^9C^2,R=0.99982,拟合结果可信度高。
2、由origin pro9进行拟合点分析得知,C=4.66μF时I^2最小,故最佳补偿电容C0为4.66μF。
2.拟合P-C曲线,计算单位电容等效电导g
由origin pro9分析得知,拟合曲线为P=36.52+4.29*10^5C,R=0.99415,拟合结果可信度高。
计算单位电容等效电导g,由拟合曲线得gU^2=4.29*10^5 S*V^2/F,g=4.29*10^5/(220^2)=8.86 S/F。
3.由拟合I^2-C曲线得到的公式,估算电源三次谐波的含量
U3^2=[a-(g^2+w^2)U^2]/8w^2
取值a=4.92*10^9,g=8.86,w=314,U=220代入得
U3^2=185.76V^2
U3=13.52V
4.I^2-C有理经验公式的计算,要求列出计算过程
假设补偿电容未接入时,电源电压U加到日光灯负载,线路总电流为I0,C=C1时线路总电流为Ic,则有Ic^2=(Ir+gC1U)^2+(Il-wC1U)^2,其中Ir是灯管电流的有功分量,Il是无功分量,因此Ic^2与C1之间满足Ic^2=aC1^2+bC1+I0^2.
经Origin拟合得知I^2=0.14411-4.60*10^4C+4.92*10^9C^2.
5.设计实验,测量灯管以及镇流器的等效参数。能否利用已经测得的数据来计算?
灯管相当于一个电阻元件,而镇流器是一个具有铁心的电感线圈,但它不是纯电感,我们可把它看成一个电阻RL、电感L串联的感性负载.
使用电压三角形法求解
U1=a=181.2V UR=b=96.47V U=c=220V
其中U1为镇流器两端电压,UR为日光灯两端电压
cosA=(c^2+b^2-a^2)/(2*b*c)=0.58;A=54.3度
cosB=(a^2+c^2-b^2)/(2*a*c)=0.90;B=25.5度
cosC=(a^2+b^2-c^2)/(2*a*b)=-0.18.C=100.2度
镇流器等效参数:
URL=U1*cos(π-C)=181.2cos78.8=35.2V
RL=URL/I=35.2/0.379Ω=92.9Ω
|UL|=U1*sin(π-C)=181.2sin78.8=177.7V
L=|UL|/wI=177.7/(314*0.379)H=1.5H
日光灯等效参数:
R=UR/I=96.47/0.379Ω=254.5Ω
七、讨论与心得?
1.讨论
当初设计的备用方案之一(另一个是使用白炽灯串联镇流器):将电感正向串接,用16V变压器输入,需要同时串接电阻。经多次仿真结果显示能将最佳补偿点控制在7μF左右,同时功率表读数在1.2w左右,电阻的功率也没有超过1W。
另外,使用此方案,初始的功率因数高达0.9,虽然能看出补偿效果,但是效果实在不明显。如果要减小电阻,增大补偿效果,最佳补偿点需大于8μF。
这次实验的实际操作中,我对这种设想进行了验证,验证结果发现,初始的功率因数过高(0.94),难以看出补偿效果,最佳补偿点在6.6μF。 (数据见五-3)
2.心得
本次实验总体难度不高,
1、在日光灯启动及电容并联过程中,因暂态变换,故电流、电压比稳态时大,仪表量程要选择足够的余量;记录数据时,应改变合适的量程读取数据。
2、日光灯管是非线性器件,需要点亮数十分钟,在此期间可以观察电流、功率等数据会有缓慢变化,待数据显示趋于稳定后,再读取记录实验数据。
3.电容器C 并联接入电路,其数值从0 开始逐步增加,直到最大值9μF左右,为增加拟合的准确性,实验过程中,时间允许的情况下,应该遍历电容的自由组合,尽量多取几个点。
4.使用originpro9进行数据处理时,要注意数据单位统一采用国际单位制,如果单位不统一,后期进行必要的分析计算将会非常麻烦。
5.验证互感串联作负载的备用方案时,采用两个电阻箱串联可以有效降低每个电阻箱的功率,从而保护电路并取到更高的电流值。
6.实验时闻到糊味要第一时间切断电源,右边同学实验台的糊味伴随了一个上午。
7.实验应当注意安全,由于实验室里缺乏大的电容,寻找电解电容作备用方案的想法固然可行,但果然还是boom了。